TRATAMIENTO DE AGUAS – TRATAMIENTO PRIMARIO Y PARÁMETROS HIDRÁULICOS I

1. Resumen
2. Tratamiento
   primario
3. Tanques del tipo
   imhoff
4. Sedimentadores
   primarios.
5. Reactor anaerobio de flujo
   ascendente (rafa)
6. Coagulación o
   floculacion

RESUMEN

El tratamiento aguas consta de diferentes
parámetros entre ellos esta el primario e
hidráulico, los cuales presentan las siguientes características las cuales son:

Fosas sépticas para eliminar aguas negra cuyos
elementos básicos son: Trampa de grasas (se instala solo
cuando hay grasas en gran cantidad) Tanque Séptico (Separa
las partes sólidas del agua servida
por un proceso de
sedimentación simole), Caja de distribución (Disminuye el agua de la
anterior unidad), Campo de oxidación o infiltración
(se oxida el agua servida y elimina por
infiltración) y pozos de absorción (pueden
subsistir o ser complementarios del anterior). Los tanques Imhoff
son cámaras en las cuales pasan las aguas negras, por
tener un comportamiento
de digestión para un período de
sedimentación. Los sedimentadores primarios se fundamentan
en separar partículas por diferencia de densidad con
ayuda de la fuerza de
gravedad. La densidad de las partículas deben ser mayores
a las del líquido se van hasta la superficie o zona de
almacenamiento.
Se los aplica para el tratamiento primario de aguas residuales.
Para cumplir con esto tenemos diferentes clases de decantadores
como son: Decantadores Horizontales, Decantador Vertical con
manto de fango, Decantador con carga sólida artificial.
Muchas comunidades pequeñas utilizan para depurar sus
aguas residuales sistemas de
lagunas denominadas de oxidación o de
estabilización. Es un sistema barato
pero que exige una gran cantidad de terreno. El aumento de
conciencia de que
el tratamiento de efluentes es de vital importancia para evitar
la contaminación
ambiental, resultó en la necesidad de desarrollar
procesos que
combinen una alta eficiencia de
tratamiento con bajos costos de
construcción y mantenimiento.
La principal característica de un reactor UASB,
además del flujo ascendente, es la formación de un
manto de lodo floculento o granular con buena capacidad de
sedimentación, en donde se realiza la actividad
biológica. La granulación es un proceso que ha sido
citado en pocas oportunidades durante el tratamiento de
líquidos cloacales. Para el tratamiento de aguas y su
traslado se emplea dispositivos hidráulicos entre los
más relevantes son los canales, tuberías de
interconexión, medidores de caudal y las lagunas
estabilizadoras, los cuales cumplen una función
específica en el tratamiento de las aguas
negras.

TRATAMIENTO DE AGUAS

1. TRATAMIENTO
   PRIMARIO

1.1. FOSA SEPTICA

La fosa séptica, son tanques prefabricados que
permiten la sedimentación y la eliminación de
flotantes, actuando también como digestores anaerobios. El
origen de la fosa séptica se remonta al año 1860,
gracias a los primeros trabajos de Jean-Louis Mourais. Su
aplicación esta muy extendida por todo el mundo y hoy en
día se fabrica principalmente con Resinas de Poliester
Reforzados de Fibra de Vidrio. Se
diseñan fosas sépticas para eliminar las aguas
negras.

Los elementos básicos de una fosa séptica
son: el tanque séptico y el campo de Oxidación; en
el primero de sedimentan los lodos y se estabiliza la materia
orgánica mediante la acción de bacterias
anaerobias, en el segundo las aguas se oxidan y se eliminan por
infiltración en el suelo.

1.1.1. UNIDADES
DE FOSAS SEPTICAS

Las unidades de la fosa séptica son:

• Trampa de grasa
• tanque séptico
• Caja de distribución
• Campo de oxidación o
  infiltración
• pozo de absorción

1.1.1.1. TRAMPA DE GRASAS

Se instalan únicamente cuando se eliminan grasas
en gran cantidad, como es el caso de hoteles restaurantes, cuarteles en zonas
rurales. Se colocan antes de los tanques sépticos,
deberán diseñarce con una tapa liviana para hacer
limpieza, la misma que debe ser frecuente; en lo posible se
ubicarán en zonas sombreadas para mantener bajas
temperaturas en su interior.

Para controlar su capacidad podrá considerar un
gasto de 8 litros por persona y nunca
esta capacidad será menor de 120 litros.

En la FIGURA 1 se indican las sedimentaciones
básicas para el diseño
y las tuberías de entrada y de salida.

1.1.1.2. TANQUE
SEPTICO

"El tanque séptico es la unidad fundamental del
sistema de fosa séptica ya que en este se separa la parte
sólida de las aguas servidas por un proceso de
sedimentación simple; a demás se realiza en su
interior lo que se conoce como PROCESO SEPTICO, que es la
estabilización de la materia orgánica por
acción de las bacterias anaerobias, convirtiéndola
entonces en lodo inofensivo.

La FIGURA 2 muestra el corte
típico de un tanque séptico sus dimensiones,
tubería de entrada y salida, pendiente del fondo, etc. que
permitirán el diseño.

Para calcular la capacidad del tanque séptico se
deberá conocer el número de personas que
serán usuarios del sistema, luego se adoptara un gasto de
aguas servidas en términos de volumen por
persona y por día sugiriendo como una medida un gasto de
150 litros /persona/día y un periodo de recepción
de 24 horas, debiéndose tomar la proporción de esta
en caso de no utilizare el sistema el otro día, como es el
caso de escuelas rurales donde el lapso de utilización es
de 6 a 8 horas diarias.

Para determinar el volumen del tanque séptico se
multiplica en número de usuarios por el gasto
que

V=np

Formula en la que q es el gasto proporcional con
relación a las 24 horas, así si la escuela rural
trabaja 8 horas diarias q será igual a 8/24 del gasto
diario

1.1.1.3. CAJA DE DISTRIBUCIÓN

Este implemento de la fosa séptica tiene por
objeto distribuir el agua servida procedente del tanque
séptico proporcionalmente a cada uno de los ramales del
campo de oxidación, para lo cual se colocaran todas las
tuberías de salida a la misma altura.

Este implemento de la fosa séptica tiene por
objeto distribuir el agua servida procedente del tanque
séptico proporcionalmente a cada uno de los ramales de
oxidación, para lo cual se colocarán todas las
tuberías de salida a la misma altura

Se recomienda localizar la tubería de entrada a 5
cm del fondo de la caja y las tuberías de salida 1cm del
mismo fondo.

La forme que se adopte para la caja dependerá del
terreno que se obtenga para la oxidación y del
número de salidas que se adopten.

En lo posible el ancho de la caja no exhereda de 45 cm y
la distancia mínima de los ejes de la tuberías de
salida será 25 cm. Todas las cajas deberán estar
provistas de una caja liviana apropiada para realizar
limpieza

Los materiales
para su construcción podrán ser: piedra, ladrillo o
concreto.

1.1.1.4. CAMPO DE OXIDACIÓN O
INFILTRACION

En esta unidad de la fosa séptica se consigue
oxidar el agua servida y eliminar por infiltración. Para
lograr un optimo funcionamiento del campo de oxidación,
debe escojerce el camino, con este objeto realizando una prueba
de infiltración, consiste en hacer variar excavaciones en
el área determinada, todas estas de 30 x 30 cm. de
sección por la profundidad proyectada para las zanjas de
absorción (será menor que 90 cm). En estos fosos
así abiertos se deposita grava fina al fondo de una altura
de 5 cm, procediéndose luego a llenar con agua hasta una
altura de 30 cm sobre la grava; 24 horas después si el
agua permanece o se infiltro totalmente Si tiene al agua un
tirante mayor a 15 cm del terreno es inapropiado para campo de
infiltración, en caso contrario se procederá a
llenar el hoyo hasta 15 cm de altura midiéndose el
tiempo que
demora en infiltrarse este dividido para 6 nos da la velocidad de
absorción por 2.5 cm de profundidad, con la cual se
determina la longitud de las tuberías del campo (FIGURA
3)

1.1.1.5. POZO DE ABSORCION

Pueden sustituir o ser complementarios al campo de
oxidación.

Consiste en excavaciones de más o menos un
diámetro y profundidad variable En estos el agua se
infiltra por paredes y piso que deberán ser tomados
permeables, se recomienda llenar de grava a la altura aproximada
de 1m para lograr una buena distribución de agua al
fondo."(1)

.

1.2. TANQUES DEL
TIPO IMHOFF

Los tanques imhoff [ Karl Imhoff (1876 – 1965) que
en su tiempo fue el ingeniero especialista en aguas, más
notable de Alemania], por
haber concebido el tipo de tanque de doble objeto que se conoce
por su apellido.

Pueden verse tanques Imhoff en muchas formas
rectangulares y hasta circulares, pero siempre proporcionan una
cámara o cámaras superiores por las cuales pasan
las aguas negras en su período de sedimentación,
además de otra cámara inferior donde la materia
recibida por gravedad permanece en condiciones tranquilas para su
digestión anaeróbica. De la forma del tanque se
obtienen varias ventajas: 1) los sólidos sedimentables
alcanzan la cámara inferior en menor tiempo; 2) la forma
de la ranura y de las paredes inclinadas que tiene la
cámara acanalada de sedimentación, fuerza a los
gases de la
digestión a tomar un camino hacia arriba que no perturba
la acción sedimentadora.

Alrededor de 1925, la digestión separada con
calefacción ya había demostrado ser conveniente y
económica, y en la actualidad ésta se emplea en
todas las grandes plantas junto con
tanques de sedimentación, con remoción continua de
los lodos para la digestión. A pesar de esto, los tanques
Imhoff todavía tienen su propio lugar en el tratamiento
primario de las aguas negras, especialmente debido a su
simplicidad de operación. En algunas situaciones locales,
esta ventaja solo puede pesar más que cualquier
otra.

Como todo dispositivo para un tratamiento primario, el
tanque Imhoff puede ser una parte de una planta para el
tratamiento completo, y en tal caso su comportamiento de
digestión debe tener una capacidad tanto para los lodos
secundarios como para los que recibirá de la sobrepuesta
cámara de sedimentación.

En la FIGURA 4 se muestra una forma de tanque imhoff,
con canales de entrada y salida tales que puede, a voluntad,
invertirse el sentido del flujo a través de las
cámaras de sedimentación. Esta
característica da como resultado mejor distribución
de la materia sedimentable en el comportamiento inferior, donde
los lodos tienden a acumularse en la tolva cabezal, según
el sentido del flujo.

Las aguas negras entran por el canal de entrada
"a". Abiertas las válvulas
de entrada en un extremo del tanque y bajados los vertederos de
ajuste en el otro, las aguas negras pueden dirigirse a
través de las cámaras de sedimentación
"A" en cualquier sentido; y, después de unas
cuantas semanas, si se quiere, en sentido opuesto. Depositados
los sólidos sedimentables, las aguas negras salen
clarificadas por el canal de salida "b". Los
sólidos se sedimentan deslizándose por las
superficies lisas de las paredes inclinadas, atravesando la
ranura estrecha hacia abajo, para depositarse en la cámara
de digestión "B", donde permanecen unos treinta
días, más o menos, o hasta que sean bien digeridos.
Los gases provenientes de la digestión suben por las
ventosas de gas "D",
debido a que las paredes solapadas impiden su paso a
través de las cámaras de sedimentación,
asegurando así mejor rendimiento. Los sólidos
digeridos se extraen bajo carga estática
por las válvulas de lodos a través de los tubos
laterales, en tiempo conveniente. Se dejan abiertos los extremos
superiores de estos tubos, de modo que fluyan libremente los
lodos y para limpiar los tubos a voluntad.

Ejemplo:

Buscar las dimensiones gobernantes convenientes para un
tanque Imhoff, tales que se cumplan los requisitos
siguientes:

Población servida: 5.000 personas.

Gasto Q = 1.893,000 l/día

Período de retención: 2 horas

Aplicación superficial: 24,400 l.
Día/m2

Velocidad promedio en la cámara de
sedimentación = £ 0,3
m/min.

Capacidad de la cámara de digestión: 100
l/persona.

Area superficial de las ventosas de gas > 25% del
área total.

La
forma del tanque será semejante a la mostrada en la figura
1, con dos tolvas en su fondo.

L = largo del estanque

1. Dimensiones de la cámara de
   sedimentación.

2bL = 1.893 / 24,4 = 78,0 m2.

Tomemos b = 2,5 m; l = 15,6 m.

De lo que V = 15,6 / 120 = 0,13 < 0,3
m/seg.

Volumen S1 = (1.893 x 2 )/24 = 157,8
m3

A = área transversal = 157,8 / 15,6 = 10,1
m2 (requerida)

Tomemos c = 1,25 m

A = 2[bc + 0,375 b2] = 2[(2,5 x 1,25) +
0,375(2,5)2]

A= 11,00 m2

2. Dimensiones de la cámara de
   digestión:

S2 = volumen de la cámara de
digestión = 5.000 x 0,10

S2 = 500 m3

S2 = (fhL) + 2 = fhL +
h2L/12

De lo que:

f = = = = 3,82 m

Profundidad total del tanque = c + d + e (zona neutral)
+ f + g. en donde:

G = o .

D = 1,25 + 1,87 + 0,50 + 3,82 +1,81 = 9.25 m

Nota: y = borde libre = 0,60 m
(mínimo).

= = = 31 %

Obtenemos :

a = 0,75 metros

b = 2,50 metros

c = 1,25 metros

d = 1,87 metros

e = 0,50 metros

f = 3,82 metros

g = 1.81 metros

1.2.1.
PROCEDIMIENTO
DE OPERACIÓN.

Al entrar en operación, un tanque Imhoff debe
sembrarse para poner en marcha el proceso de digestión.
Esto se hace utilizando lodos digeridos de otro tanque, o a falta
de éstos, materia nutritiva, tal como unas cuantas paladas
de abono o estiércol. Puede desarrollarse una espuma o
nata excesiva, como resultado de condiciones ácidas,
teniéndose que usar medios
correctivos, tales como adiciones de cal en poca cantidad, a fin
de ajustar así el pH hasta el
punto neutro. En su funcionamiento normal, un tanque Imhoff debe
ser vigilado diariamente, aunque para hacerlo no exija mucho
trabajo en su manejo ni muchas herramientas.
Al subir los gases para salir por las ventosas, llevan algunos
sólidos a la superficie, y pueden formar espuma o nata
gruesa flotante. Los gases pueden levantar las masas
sobrenadantes aun hasta rebosar las paredes, estorbando
así el paso normal de ellos, haciendo que pasen hacia
arriba a través de la ranura de las cámaras de
sedimentación, se vuelven sépticos, a menos que
sean removidos. Sin embargo, pueden prevenirse la mayoría
de las dificultades o mal funcionamiento del tanque por medios
sencillos. La espuma o nata se dispersa u obliga a bajar por
medios de chorros de agua con manguera, y los sólidos de
la cámara de sedimentación se obligan a bajar
utilizando una cadena pesada, suelta, de rastreo. Hay que conocer
el nivel de los lodos de cuando en cuando, para lo cual se usa un
palo y placa o una bomba de mano con manguera, para mantener este
nivel bajo control, sacando
mensualmente los lodos digeridos, o cuando se requiera, para
obtener buen resultado. Los lodos se descargan sobre lechos de
arena para secarlos.

En igualdad de
las demás condiciones, la misma profundidad y complejidad
de un tanque Imhoff pueden regir a veces en contra de su
elección. Es obvio que la mayoría de los
emplazamientos para las estaciones depuradoras han de estar en
tierras bajas, o sea, cerca de un río o lago, que
sería el cuerpo receptor para los efluentes. Por eso deben
tenerse presentes los problemas de
diseño y de construcción que se plantean debidos a
las presiones desequilibradas de las aguas freáticas, del
encofrado y muchos otros factores.

1.3.
SEDIMENTADORES PRIMARIOS.

Consiste en utilizar las fuerzas de gravedad para
separar una partícula de densidad superior con densidad
superior a la del líquido hasta una superficie o zona de
almacenamiento. Para que pueda haber una separación
efectiva se precisa, además, que la fuerza de gravedad
tenga un valor
suficientemente elevada con relación a sus efectos
antagonistas: efectos de turbulencia, rozamiento,
repulsión electrostática, corrientes de
convección, etc.. Para facilitar la comprensión de
los fenómenos que intervienen deben distinguirse los
efectos relacionados con el movimiento de
la partícula y los relacionados con el movimiento del
líquido.

1.3.1. SEDIMENTADORES
HORIZONTALES

La superficie libre de estos decantadores puede ser
cuadrada, rectangular o circular.

Los fangos se reúnen en una fosa en donde son
extraídos mediante un eyector
hidrostática.

1.3.1.1. SEDIMENTADOR DE
VARIOS PISOS

"Un decantador seta tanto eficaz cuando su superficie
horizontal sea más grande, dada una superficie de terreno
ocupada y un determinado volumen de obre. Un decantador
será tanto más eficaz cuanto su superficie
horizontal sea más grande. Dada una superficie de terreno
ocupado y un determinado volumen de obra, fácilmente
concluiremos que debemos utilizar decantadores de varios pisos o
de superficie de sedimentación laminar (FIGURA
5)

El factor de forma L/H, que debe elegirse lo menor
posible con tal de mantener una velocidad de derrame
mínima necesaria para obtener la repartición y la
estabilidad del derrame, muestra que los diferentes pisos deben
ser utilizados preferentemente en paralelo y no en
serie.

La estabilidad de derrame se logra para:

L/H> 10

Los decantadores de varios pisos permiten, en
consecuencia, utilizar velocidades más lentas (L
menor)."(2)

1.3.1.1.1. ESTUDIO
EXPERIMENTAL

"Es importante determinar el valor de uno para un agua
dada antes de definir las características constructivas de
un decantador. Esta determinación tiene que hacerse
experimentalmente y se requiere para ello una serie de cilindros
de fondo cónico. Debe disponerse de cinco cilindros que se
llenan (2 litros cada uno) con el agua de la que se desea
determinar sus características de sedimentación
(eventualmente si se trata de agua coagulada pueden utilizarse
los cilindros como recipientes de jar-test

Cada cilindro se llena con 2 litros de agua (con una
altura de agua de 500 mm) y se recogen por el grifo de purga los
sedimentos acumulados según el programa indicado
en la TABLA 1

TABLA 1

Estudio de la
sedimentación

Si se dispone de un laboratorio
con medios suficientes, se pesan los sedimentos obtenidos tras
desecación a 105 °C. Si no, se pueden medir los
diferentes volúmenes de depósitos recogidos tras
una redispersión y posterior sedimentación durante
un tiempo fijo (1 hora) en un recipiente de pequeñas
dimensiones.

Se comparan los pesos (o los volúmenes) de los
sedimentos de 1, 2, 3 y 4 con el peso (o el volumen) del
sedimento de 5 y se representa en un gráfico con los
porcentajes en ordenadas y las velocidades Q en abscisas: se
elige entonces mediante el gráfico la velocidad
característica uno que asegura la eliminación de un
porcentaje deseado de materias en suspensión.

Al tener en cuenta las características de forma
de los decantadores será preciso considerar también
la componente vertical de la turbulencia.

Por ejemplo, si se desea eliminar el 90 % de las
materias en suspensión y en la experimentación
previa, este porcentaje ha sido obtenido con una velocidad
característica de 0,6 min/S, por ejemplo, y el factor de
forma es:

L/H = 15 por ejemplo

La relación que permite definir la superficie
de la solera será:

0,6×3600 = Q(1+0,75)

1. S

es decir:

Q = 1,24m/h "(3)

S

1.3.1.2. SEDIMENTADORES HORIZONTALES
CIRCULARES

Pueden considerarse como una yuxtaposición de
sedimentadores horizontales formados por sectores. El cálculo de
los sedimentadores horizontales puede aplicarse con la
condición de que se tenga en cuenta la progresiva
disminución de la velocidad media horizontal (FIGURA
6).

Se obtiene como expresión de la velocidad de
caída de la partícula retenida en el
decantador:

con:

R = radio del
decantador radial;

S = p R2 =
superficie del fondo.

1.3.1.2.1. "DISPOSICION DE ENTRADA Y DE DRENAJE DE
SALIDA

Debe evitarse que los flóculos, para cuya
constitución han sido necesarios tantos
cuidados, no se rompan en su recorrido hasta el decantador; por
otra parte, debe repartirse por igual el caudal entre los
diversos sedimentadores (en el caso de que haya varias
construcciones en paralelo) y repartir equitativamente el caudal,
tanto como pueda hacerse, a lo largo de la sección
transversal de cada sedimentador. Dicha equidad requiere la
introducción de perdidas de carga, y por
tanto variaciones de velocidad, lo cual hace que las anteriores
exigencias resulten contradictorias.

Debe hacerse una primera observación en lo que respecta a la
re-partición equitativa del caudal entre los diferentes
decantadores (o diversos pisos) funcionando en paralelo; como los
flóculos residuales que salen del decantador son
pequeños y no frágiles y la eficacia de los
filtros está en relación directa con el
tamaño de los mismos, es conveniente asegurar la equidad
del reparto mediante dispositivos situados a la salida del
decantador, ya que es mejor que colocarlos en la entrada de los
mismos (FIGURA 7).

Queda el problema de la equidad de reparto en toda la
superficie transversal; debe aceptarse aquí un compromiso
y servirse tanto de las formas de los dispositivos de
entrada como de la inserción en el recorrido del
caudal de obstáculos que provoquen el mínimo de
pérdida de carga (una pared con orificios da muy buen
resultado en la equirrepartición, cuando la superficie no
agujereada corresponde a un 10 o 20 % de la sección total)
pero deben evitarse velocidades de circulación superiores
a 15 cm/s si se desea conservar intactos los
flóculos.

1.3.1.3. ELIMINACION DE LOS BARROS
SEDIMENTADOS

Los flóculos que entran en el sedimentador
horizontal son relativamente heterogéneos, sedimentando
una gran mayoría en la primera parte del
decantador.

La evacuación de barros puede realizarse por
medios mecánicos (rasquetas) que se adaptan a la forma del
decantador, o hidráulicos (tuberías perforadas). El
primer sistema se utiliza para evacuar fangos espesos (100 g/l) y
el segundo cuando son más diluidos (2 a 10
g/l).

En muchos casos los fangos se almacenan y sólo se
vacían de vez en cuando mediante lavado del decantador
(arrastre hidráulico). Paradójicamente, con este
último sistema se obtienen unas pérdidas de agua
mucho menores que las utilizadas con purgas de agua frecuentes, y
la inversión que exige es prácticamente
nula

.

La masa de barros puede ser muy grande: 1 g de cloruro
férrico comercial produce alrededor de un 28 % de
flóculos, a los cuales hay que añadir las materias
que precipitan a partir del agua y los demás reactivos
empleados (carbón activo, por ejemplo). Un agua tratada
con 35 g de coagulante, que contenga 20 g de materias minerales en
suspensión y a la que se le añade una dosis de 20 g
de carbón activo en polvo depositará por metro
cúbico alrededor de 50 g de materias (peso seco) por
m3 tratado (45 g en el decantador y 5 g en los
filtros).

Si se tratan 100 000 m3/día, el peso
de fangos depositado en el decantador será del orden de
4,5 t o sea, 45 m3 de barro amontonado. Deberá
procederse a una eliminación continua mediante rasquetas o
mediante purga hidráulica, o bien a vaciados totales del
sedimentador con una frecuencia aproximada de tres meses. Sin
embargo, en muchos casos los aportes de sólidos
provenientes del agua a tratar y de las dosis de reactivos
aplicadas son mucho menores, y pueden eliminarse los dispositivos
de extracción continua limitándose a efectuar
vaciados semestrales o incluso anuales. Los barros
prácticamente no fermentan, sobre todo si se ha realizado
una precloración o una preozonización en el proceso
de tratamiento, o si los barros tienen una proporción
suficiente de carbón activo.

Debe observarse que los coagulantes férricos, que
son oxidantes, evitan mejor por sí mismos la fermentación que los coagulantes base de
aluminio.

La producción de barros en las operaciones de
ablandamiento por precipitación mediante cal, es mucho
mayor y su eliminación continua se hace indispensable
(FIGURA 8).

1.3.1.4. LOS DECANTADORES DE PLACAS
INCLINADAS

La aplicación de la teoría
de la decantación horizontal, llevada a su extremo
lógico, nos conduce al concepto de
decantador de placas inclinadas, que es un decantador con muchos
pisos o más exactamente con múltiples superficies
de sedimentación (FIGURA 9).

Muchos inventores han tratado de acelerar el desarrollo del
proceso de decantación disminuyendo la longitud del
recorrido vertical de las partículas. El procedimiento
más comúnmente empleado consiste en interponer unas
superficies auxiliares en el interior del volumen utilizado en la
decantación. Existen realizaciones francesas desde los
años 1950 (desarenador Neyrpic, decantador con placas
Setude).

Todos estos dispositivos se basan, en definitiva, en
canalizar la corriente de agua, de la que se deben separar las
partículas en suspensión, hacia un volumen
estrechamente limitado por una serie de superficies de
sedimentación muy próximas (algunos
centímetros). Estas superficies se ensamblan de forma que
exista una pendiente suficiente para su autopurgado, los barros
depositados tienen por ello tendencia a resbalar, formando una
corriente de mayor densidad, hacia una zona predeterminada de
recogida. La experiencia ha demostrado que estos barros ya
separados mantienen su coherencia y no-se redispersan (excepto
por una turbulencia de barrido). Es por lo que en muchos casos
las superficies de decantación desprenden directamente los
barros hacia el fondo del decantador y caen, sin mezclarse con la
masa de agua que atraviesan.

1.3.2.
SEDIMENTACION VERTICAL CON MANTO DE FANGOS

Originariamente se crearon los decantadores con manto de
fangos para acelerar los procesos químicos de
ablandamiento por precipitación calcio –
sódica y para la obtención del equilibrio del
carbónico, al menos parcial, del efluente decantado. Las
primeras investigaciones
datan del año 1930, pero es hacia 1940 que estas unidades
aparecen en el mercado de USA
Durante el mismo período, investigaciones paralelas se
realizaron en la URSS, siempre en el terreno del
ablandamiento.

Sin embargo, la concepción en sí de este
tipo de aparatos, que se realiza en construcciones compactas, en
las que están integradas en un mismo volumen diferentes
fases de la mezcla de reactivos, de la precipitación y de
la separación, ha incitado a los constructores a
utilizarlos, a partir del año 1945, para realizar la
clarificación sin ablandamiento. El contacto con los
fangos preformados, que son gérmenes de
cristalización, constituye una ventaja cierta en el caso
del ablandamiento y es motivo de controversia en el caso de la
clarificación. Este contacto es, sin embargo, útil
en la etapa de coalescencia de los microflóculos formados,
tras la floculación de los coloides. Estos aparatos, para
funcionar en condiciones satisfactorias, deben asegurar un
equilibrio dinámico entre sus diferentes componentes y
cualquier cosa que perjudique este equilibrio repercute sobre la
calidad de los
resultados obtenidos.

Siguiendo la opinión expresada por la AWWA estos
decantadores exigen condiciones de explotación bastante
rígidas (sacrificando la flexibilidad operativa) que deben
respetarse fielmente.

La ventaja mayor la constituye la economía de espacio
que produce su construcción.

1.3.2.1. FUNCIONAMIENTO

La mejor forma de comprender el principio de
funcionamiento de estos aparatos es mediante la descripción del primer aparato aparecido en
el mercado comercial (sedimentador Spaulding), un examen atento
de cualquier aparato con manto de fangos permitirá
encontrar las mismas fases sucesivas.

El aparato de Spaulding consiste en un recipiente de
forma troncocónica (FIGURA 10) provisto de un agitador
axial rodeado a su vez por una envoltura troncocónica (con
la base mayor hacia abajo). El agua bruta entra en la parte
central recibiendo al entrar los reactivos adecuados para el
tratamiento, los cuales se dispersan mediante el agitador,
realizándose la floculación en el compartimento
troncocónico axial, penetrando a continuación el
agua hacia la parte periférica por el fondo y asciende
verticalmente con velocidad decreciente hasta los canalillos o
tuberías perforadas radiales de drenaje, colocados al
nivel de la superficie del agua.

A medida que van formándose los flóculos,
constituidos por reactivos y partículas retenidas, se
acumulan cerca del fondo y finalmente se expanden hacia la parte
periférica en forma de manto de fangos que se mantiene en
equilibrio dinámico en el flujo ascendente del agua. Este
manto ocupa la parte inferior del compartimento
periférico.

Para evitar la invasión, inevitable a la larga,
de todo el decantador por los barros, existen concentradores de
fangos situados en la parte periférica, donde los fangos
se compactan, y de donde se extraen periódicamente, a fin
de mantener el manto de fangos en unas condiciones apropiadas de
altura y concentración.

En el caso de la clarificación por
coagulación encontramos en este tipo de aparato las tres
etapas de tratamiento descritas en el capítulo de la
coagulación:

• en la parte central: admisión y
  dispersión de reactivos, floculación de
  coloides;

• en el manto de fangos: coalescencia en grandes
  flóculos;

• por encima del manto de fangos: separación de
  los flóculos grandes.

El buen funcionamiento del aparato exige la
formación de un manto de fangos y su mantenimiento en un
estado
adecuado.

1.3.2.2. MANTO DE
FANGOS

El manto de fangos es, de hecho, una suspensión
fluidificada de flóculos y partículas (FIGURA 11).
En un recipiente cilíndrico, la altura del manto de fangos
dependerá, no limitativamente:

• de la cantidad inicial de fangos (o de la altura del
  manto de fangos en reposo);

• de la velocidad ascensional del agua;

• de la viscosidad del
  agua (que depende de la temperatura);

• de la densidad relativa de los flóculos y de
  las partículas en suspensión;

• del tamaño y forma de los
  flóculos.

El efecto de la coalescencia sobre los
microflóculos aportados dependerá a su vez
de:

• el tiempo que tarden en pasar estos
  microflóculos a través del manto de fangos, y por
  consiguiente del espesor del manto, de la velocidad del agua y
  de la porosidad del manto;

• del número de flóculos, expresados por
  su valor específico, en el manto, y por consiguiente de
  su dimensión y de su concentración;

• de las características superficiales de los
  flóculos y microflóculos y por tanto de la
  naturaleza
  de los reactivos empleados, de la naturaleza de las impurezas a
  retener y de la temperatura.

A pesar de la complejidad del problema, la experiencia
demuestra que el encargado de la explotación de estos
aparatos puede encontrar fácilmente soluciones y
obtener un funcionamiento satisfactorio. Debe tenerse en cuenta,
sin embargo, que la puesta a punto de las condiciones de
funcionamiento no puede obtenerse más que a través
de ensayos
cuidadosamente realizados en las condiciones particulares del
caso y que las enseñanzas obtenidas en la
explotación de estaciones análogas en otros lugares
no pueden ser simplemente traspuestas sin una minuciosa
adaptación. Esta advertencia debe considerarse igualmente
en lo que se refiere a las variaciones de calidad de las aguas
brutas tratadas y a las variaciones de caudal.

En lo que concierne al comportamiento hidráulico
del manto de fangos en un cilindro vertical, en igualdad de
condiciones, se ha establecido que su volumen (y en consecuencia
su altura) es una función lineal creciente de la velocidad
del agua (del caudal); en otras palabras, si se dobla el caudal
se dobla la expansión del manto, resultando que la
concentración es una función lineal
decreciente.

El objetivo
deseado consiste en obtener una expansión suficiente del
manto de forma que se consiga asegurar una probabilidad
adecuada de crecimiento por coalescencia de los
microflóculos admitidos por la parte inferior del manto,
lo que exige una cierta velocidad vertical mínima, y sin
embargo la velocidad ascensional en la parte superior del manto
de fangos deberá ser inferior a la que provocaría
el arrastre de los flóculos formados. Para soslayar la
dificultad que representa la adaptación mutua entre estas
dos velocidades, los constructores adoptan a menudo (como ya
había hecho Spaulding) una forma troncocónica que
asegura una velocidad vertical progresivamente
decreciente.

Para evitar que se depositen los fangos sobre las
paredes laterales, la pendiente de éstas debe ser superior
al 50 %, lo que constituye una dificultad en el diseño de
unidades de gran capacidad. En estas últimas, los
constructores han adoptado formas con paredes laterales
verticales y fondo plano, lo que obliga a utilizar dispositivos
repartidores de caudal, colocados sobre el fondo. En
consecuencia, se hace más delicado obtener el adecuado
equilibrio en el manto de fangos con velocidades que aseguren una
buena separación de los flóculos
formados.

Como que la expansión depende de la velocidad
verdadera con la que pasa el agua a través del manto de
fangos, en vez de actuar sobre la velocidad media de paso del
caudal, como se hace en los aparatos con paredes exteriores
inclinadas, se actúa entonces sobre la
concentración óptima del manto de fango (FIGURA
12).

En la TABLA 2 figuran, a título indicativo, las
recomendaciones soviéticas dadas en cuanto a las
características de explotación de aparatos con
manto de fangos.

TABLA 2

Normas de la
URSS para mantos de fangos Velocidad

1.3.2.3.
CONCENTRACION DE FANGOS

Si r es el rendimiento de separación del
decantador, M la cantidad de materias en suspensión
generadas a la entrada del decantador (materias en
suspensión en el agua bruta más precipitados
provenientes de los reactivos), debe eliminarse una cantidad de
sólidos igual a:

Q*M*r

si Q es el caudal de agua bruta.

Sea C la concentración de fangos obtenida en el
concentrador, el caudal g de fangos concentrados que se debe
evacuar viene dado por 12 relación:

Para limitar las pérdidas de agua debe, en
consecuencia, intentarse obtener C elevadas.

La experiencia enseña que el tiempo mínimo
de permanencia de los fangos a concentrar en el concentrador,
debe ser del orden de seis horas. Estos concentradores deben
estar proyectados respetando los parámetros
correspondientes a las tres funciones
siguientes:

• separación de la fase líquida de la
  sólida (sedimentación parcialmente entorpecida)
  en la parte superior;
• almacenaje de los fangos separados
  (sedimentación entorpecida) en la parte
  intermedia;
• espesamiento progresivo de los fangos separados
  (deshidratación) en la parte inferior.

Las superficies necesarias para un caudal que en las dos
primeras funciones, como el tiempo necesario (es decir, el
volumen inferior de almacenaje) en la tercera función,
están en relación directa con la naturaleza de los
fangos y deben determinarse experimentalmente. De una manera
general, los fangos cristalinos que provienen del ablandamiento,
sedimentan rápidamente y se espesan con facilidad, los
fangos cargados de coagulantes hidrolizados necesitan
concentradores de gran superficie y muy voluminosos. La
naturaleza de la materia en suspensión que proviene del
agua bruta, influye igualmente de forma muy sensible.

1.3.3.4. SEDIMENTADOR CON CARGA SOLIDA ARTIFICIAL
(FLOCULOS LASTADOS)

Una idea interesante ha sido propuesta en Hungría
por un grupo de
investigadores (1) y que ha llevado a realizaciones industriales
muy satisfactorias. Para acelerar la decantación han
intentado lastrar cada flóculo con un grano de materia
compacta (FIGURA 13).

A partir de los ensayos realizados, se ha elegido el
cuarzo, con una granulometría de 25 a 125,
utilizándose para fijarlo en los flóculos un
elemento intermedio, un polielectrólito. Los
resultados mejores se han obtenido con poliacrilamidas de elevado
peso molecular (superior a 1 000 000), y en los casos en los que
las poliacrilamidas no pueden ser empleadas, pueden realizar la
misma función ligante otros polielectrólitos de
origen natural.

En este procedimiento, la microarena (en dosis muy
elevadas) se adiciona al agua bruta que ha recibido anteriormente
el polielectrólito y los coagulantes.

Al ser muy elevada la dosis de microarena, el
procedimiento estaría obstaculizado por el empleo de
cantidades extremadamente importantes de arena que debería
suministrarse como reactivo y evacuarse con los fangos. Esta
microarena es por ello reciclada tras la separación de los
fangos (con rasquetas) por medio de un dispositivo apropiado
(hidrociclón).

La mejora del rendimiento es muy sensible. En los
aparatos de corriente vertical se realiza una separación
inmediata del agua tratada de los fangos lastrados, muy cerca del
fondo del decantador. Las condiciones de explotación son
independientes de las variaciones de calidad del agua bruta, al
estar la carga de microarena aportada artificialmente en una
proporción mucho mayor a la de las materias en
suspensión naturalmente acarreadas. Las velocidades
verticales de separación alcanzan en estas condiciones los
6 m3/h.

1.3.2.5. CLARIFICACION EN LECHO FLUIDIFICADO
GRANULAR

Un estudio más profundo de las propiedades de las
microarenas y en general de los medios granulares muy finos, ha
conducido a la puesta a punto de una clarificación de tipo
nuevo (1) en la que intervienen conjuntamente los procesos que se
producían en los aparatos con manto de fangos, el efecto
de retención por filtración a través del
lecho fluidificado de microgranos activados y el efecto que evita
la expansión del manto de fangos por medio de un
sedimentador de placas inclinadas (FIGURA 14).

El agua bruta que ya ha recibido los reactivos de
coagulación se introduce por la base del aparato con la
forma adecuada, provocando la fluidificación del lecho
microgranular activado en el que disminuye el grado de
turbulencia conforme avanza el agua a tratar.

En la parte inferior del lecho fluidificado, la fuente
de agitación de los microgranos produce una
microturbulencia que se generaliza en toda la masa del agua y que
asegura una dispersión extremadamente eficaz y
rápida de los reactivos, que acelera de forma considerable
los fenómenos de floculación de los coloides y la
formación de compuestos hidrolizados de los reactivos
coagulantes. Esta aceleración se ha constatado y
verificado experimentalmente, pero no ha recibido todavía
una explicación teórica satisfactoria.

En las capas inferiores del lecho fluidificado, los
microflóculos entran en contacto con los microgranos en el
seno de una agitación moderada fijándose sobre su
superficie de forma que al salir el agua del lecho fluidificado
ya está clarificada.

El fenómeno de la adherencia sobre una
superficie, que es un fenómeno que se utiliza en la
filtración por lecho de arena (ver capítulo
filtración) permite que se consigan velocidades verticales
muy elevadas que son superiores a las de arrastre de los
microgranos. Para retener a estos últimos debe disponerse
en la parte superior del aparato, antes de los colectores de
drenaje, un sistema de placas inclinadas que actúen como
desarenador.

Las velocidades verticales que se alcanzan en este tipo
de aparatos son de 12 m/h, o sea, diez veces más que las
de un decantador horizontal, cuatro o seis veces más que
en un decantador de manto de fangos y el doble de las obtenidas
en un decantador con carga sólida artificial.

Estos aparatos reúnen dos buenas cualidades: son
muy compactos y tienen una eficacia muy elevada.

Una condición esencial para su buen
funcionamiento reside en mantener el lecho fluidificado en un
nivel inferior al de saturación de la superficie total del
lecho de microgranos. Los microflóculos sólo se
fijan sobre la superficie libre de los granos.

Para asegurar este resultado, parte del lecho
fluidificado se purga periódicamente y se limpia en un
dispositivo apropiado, que puede ser, por ejemplo, un
hidrociclón.

1.3.2.6. DESTINO FINAL DE LOS FANGOS

Excepto en algunos casos particulares, los fangos
retenidos en los decantadores y en los filtros se reenvían
generalmente al medio natural, ya sea directamente por descarga
al mar o a un río, ya por intermedio de una red de
alcantarillado.

Para un consumo medio
de 2001 por habitante y por día, puede estimarse en 7
g/habitante/día el peso seco de fangos de
hidróxidos generados en una estación de tratamiento
en que se utilice coagulación. Este valor aumenta
considerablemente hasta 54 g/habitante/día en los fangos
primarios decantables de un efluente urbano. El problema de los
fangos de hidróxidos no es, por tanto, muy grande, pero
tampoco es despreciable.

Estos fangos contienen una importante cantidad de
polucionantes saporíferos, compuestos tóxicos
extraídos de las aguas tratadas, y no se cree conveniente
por esta razón reenviarlos al río de donde se han
extraído.

Es interesante observar que por simple espesamiento
natural, los fangos que se obtienen con un contenido de agua del
99,9 %, arrojan un agua prácticamente desprovista de
polución: a modo de ejemplo, la DQO del agua recuperada es
del orden de 25 cuando la de los fangos es de 9000.

Desde un punto de vista práctico, se tienen que
almacenar los fangos producidos, es pues muy interesante
deshidratarlos según el esquema de la FIGURA 15; la
última etapa puede ser: un filtro prensa, un filtro
bajo vacío, o bien una centrífuga.

Interesa hacer notar que los fangos adoptan una forma de
escamas y tienen un aspecto sólido irreversible a partir
del momento en que la concentración de materia seca
alcanza al 25 % en peso.

Se han propuesto diferentes procedimientos
para recuperar el hierro o el
aluminio de los fangos de hidróxidos.
Económicamente, estas recuperaciones no tienen mucho
interés, y por otra parte tropiezan con
reticencias por parte de los higienistas que temen reciclajes de
polución. Debe observarse, sin embargo, que este reciclaje tiene
la ventaja de disminuir considerablemente la importancia de los
fangos residuales, que de todas formas deben evacuarse (FIGURA
16).

El problema del reciclaje de los fangos de ablandamiento
es, por el contrario, fácilmente realizable y rentable si
el tamaño de la fábrica alcanza una capacidad
suficiente para justificar la importancia de las inversiones
que se deben realizar.

El esquema de recuperación es similar al de la
deshidratación de los fangos de hidróxidos. Se
utiliza finalmente una centrífuga cuyo efluente
concentrado se manda a un horno de cal rotativo. La cal se
produce en exceso respecto a las necesidades de la fábrica
y puede venderse si el mercado local se presta."(4)

1.4. REACTOR
ANAEROBIO DE FLUJO ASCENDENTE (RAFA)

1.4.1. REACTOR ANAEROBIO DE FLUJO ASCENDENTE (UASB)
TAMBIÉN CONOCIDO COMO RAFA

El aumento de conciencia de que el tratamiento de
efluentes es de vital importancia para evitar la
contaminación ambiental, resultó en la
necesidad de desarrollar procesos que combinen una alta
eficiencia de tratamiento con bajos costos de construcción
y mantenimiento (Van Haandel y Lettinga, 1994). El UASB (Reactor
Anaeróbico de Flujo Ascendente y Manto de Lodos) aparece
entonces como una opción viable para el tratamiento de
efluentes orgánicos líquidos. El concepto de
reactor UASB fue desarrollado en los años 70 por Lettinga
y colaboradores (Lettinga et al., 1980; Lettinga y Vinken, 1980)
y es ahora aplicado mundialmente para el tratamiento de efluentes
cloacales en países de clima tropical
(Seghezzo et al., 1998). En climas templados y subtropicales no
ha sido utilizado, principalmente por limitaciones de
temperatura, la cual afecta la tasa de hidrólisis del
material particulado y reduce la eficiencia del tratamiento. En
el país no existen antecedentes de tratamiento
anaeróbico de líquidos cloacales. La principal
característica de un reactor UASB, además del flujo
ascendente, es la formación de un manto de lodo floculento
o granular con buena capacidad de sedimentación, en donde
se realiza la actividad biológica. La granulación
es un proceso que ha sido citado en pocas oportunidades durante
el tratamiento de líquidos cloacales (Barbosa y
Sant’Anna, 1989).

A temperaturas moderadas, la presencia de sólidos
en suspensión constituye un inconveniente para el
tratamiento anaeróbico. Para superar este inconveniente,
se han propuesto sistemas anaeróbicos en dos etapas. En la
primera etapa se retienen e hidrolizan parcialmente los
sólidos y en la segunda se degradan los compuestos
solubles presentes en el líquido, y aquellos generados
durante la primera etapa.

El Tiempo de Retención Hidráulica (TRH) es
uno de los parámetros más importantes en todo
sistema de tratamiento de aguas residuales. En el caso de los
líquidos cloacales, donde la presencia de sólidos
en suspensión es considerable, existe un tiempo de
retención óptimo que permite una máxima
remoción de sólidos y materia orgánica
expresada como Demanda
Química de
Oxígeno
(DQO).

Los objetivos
del presente trabajo fueron los siguientes:

Estudiar la eficiencia de remoción de materia
orgánica en un reactor UASB durante el tratamiento de
líquidos cloacales presedimentados en un sedimentador
primario convencional.

Evaluar el efecto del tiempo de retención
hidráulica sobre la eficiencia de remoción de
materia orgánica.

 1.4.2.
OPERACIÓN DE UN REACTOR UASB (REACTOR ANAERÓBICO
DE FLUJO ASCENDENTE Y MANTO DE LODOS) A ESCALA
PILOTO.

El trabajo fue llevado a cabo en la ciudad de Salta,
cuyo clima está definido como subtropical con
estación seca. La temperatura media ambiente es de
16,5°C (Arias y Bianchi, 1996). El proyecto de
investigación se llevó a cabo en un reactor
UASB a escala piloto instalado en la planta depuradora de
líquidos clocales, ubicada en la zona sur de la ciudad de
Salta. Las dimensiones del reactor son las siguientes:
diámetro: 0.50 m; altura de líquido: 2.55 m;
volumen útil: 500 L; área transversal: 0.196
m2.

El cuerpo principal del reactor y el dispositivo interno
de separación de fases fueron construidos con
poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) y las
cañerías empleadas para las conexiones de entrada y
salida y el distribuidor del líquido influente son de PVC
estándar de ½ o ¾ de pulgada. El reactor
cuenta con 15 válvulas esféricas de PVC para la
toma de muestras, distribuidas a lo largo del reactor y
espaciadas 0.15 m entre sí. El líquido influente es
sometido previamente a un tratamiento primario que consiste en el
pasaje a través de rejas, desarenadores y sedimentadores
primarios. En la Figura 1 se pueden apreciar detalles del
reactor.

GRAFICA
1

Diagrama esquemático del reactor UASB

Para la dosificación del influente se
utilizó una bomba peristáltica Watson Marlow 601
F/R Close couple (rango de caudal: 6-960 L/h) para operar
caudales nominales de 50 a 500 L/h (Seghezzo et al., 2000). La
temperatura del líquido fue monitoreada de manera continua
con un termógrafo Novasen 3752-5-S-C (rango de
temperatura: 0-50°C).

Desde agosto de 1999 a agosto de 2000 la temperatura
media del líquido cloacal presedimentado (influente del
reactor) fue de 21.25°C y la del reactor (salida) fue de
21.34°C. La producción de gas se midió a
través de un medidor de gas doméstico Galileo MGD
G2D1. El caudal se midió con un medidor de caudal marca Kobold KSK
3500 (rango de medición: 0.83-8.3 L/min). La
caracterización de los líquidos clocales y de los
efluentes del reactor, se realizó a través del
análisis físico-químico de
muestras compuestas (1 litro cada 2 h durante 24 h), tomadas los
días lunes, miércoles y viernes, por personal
entrenado de la empresa Aguas
de Salta S.A. prestataria del servicio de
agua potable y saneamiento en la Provincia.

Las técnicas
usadas en el laboratorio han sido tomadas del Standard Methods
for the Examination of Water and Wastewater (APHA et al., 1995) y
adaptadas a las condiciones del laboratorio. También se
utilizaron los micro métodos de
HACH®.

Los parámetros medidos y la frecuencia de
análisis se indican en la Tabla 3.

TABLA 3

Parámetros
determinados en líquido cloacal crudo, influente y
efluente del reactor UASB, sobre muestras compuestas (1 L cada 2
h, durante 24 h, lunes, miércoles y
viernes).

Se realizaron ensayos de Actividad Metanogénica
Específica, expresada como gDQO-CH4/gSSV.d
(gramos de metano en términos de demanda química de
oxígeno por gramo de sólidos volátiles en
suspensión por día) en el lodo anaeróbico
desarrollado en el reactor, siguiendo las normas del Departamento
de Tecnología Ambiental de la Universidad de
Wageningen en Holanda (DET, 1994).

El Reactor anaerobio de flujo ascendente que se
muestra  en las fotografías corresponden a un sistema
de tratamiento tipo anaerobio, a escala piloto,  fue
construido en el área del terreno donde se encontraban las
antiguas lagunas de estabilización (En la actualidad el
sistema de tratamiento de las lagunas ha sido modificado de
lagunas facultativas a lagunas aireadas facultativas).

GRAFICA 2

Reactor anaerobio de flujo ascendente de tratamiento
tipo anaerobio

Desgraciadamente  por abandono de las
investigaciones que ahí se efectuaban  y por falta de
mantenimiento y operación este reactor quedo en
desuso.

GRAFICA 3

Reactor anaerobio de flujo ascendente de tratamiento
tipo anaerobio vista lateral

La fotografía
muestra los dispositivos de muestreo y
eliminación de lodos, las tuberías son parte de un
sifón, cada una de las salidas en la parte inferior
corresponden a diferentes alturas en el tanque
reactor.

El desagüe provenía de uno de los canales
distribuidores de aguas residuales a las lagunas.

En el  sistema de tipo piloto se
consideraron los siguientes parámetros de
diseño:
Gasto a tratar:

Volumen del tanque:
Dimensión del tanque:
Periodo de retención:

GRAFICA 4

Cámara de distribución de
Caudales

.Otra vista del reactor donde se muestran las
tuberías recolectoras de gas (tuberías pintadas de
naranja),  frontalmente se visualiza la cámara de
distribución de caudal y la tubería de ingreso
(encajonada en concreto)

GRAFICA 5

Reactor anaerobio de flujo ascendente de tratamiento
tipo anaerobio vista superior

Esta fotografía  muestra la cámara de
distribución de caudales, en la primera línea de
perfiles metálicos (de abajo hacia arriba) se prevé
la instalación de  una pantalla deflectora para
evitar que las aguas residuales ingresen directamente a la
segunda línea de perfiles,  rompiéndose de
esta manera la  velocidad,  aquietándose el
flujo de aguas residuales. En la segunda línea de
perfiles, la cual está compuesta de 10 celdas
iguales,  se colocarán  10 vertederos
triangulares para regular el ingreso constante y uniforme
del  gasto a cada una de las tuberías de
distribución de  aguas residuales que las
derivarán  al fondo del tanque anaerobio.
Nótese al fondo de cada celda  de ingreso de las
tuberías ingresantes al reactor, que la boca de ingreso de
las mismas  se encuentran protegidas con papel. La
tubería de ingreso proveniente de la cámara de
rejas, que se encontraba muy superficialmente fue protegida con
un dado de concreto a todo lo largo del tubo.

GRAFICA 6

Cámaras Recolectoras de Gas

Vista de la zona superior del reactor lateralmente se
encuentran las cámaras recolectoras de gas, en el centro
el canal recolector de aguas residuales y en el fondo se muestran
las pantallas deflectoras que evitan que las burbujas de gas
salgan con las aguas residuales  que han  pasado 
a través del manto de lodos.

GRAFICA 7

Cámaras Recolectoras de Gas vista
opuesta

Vista opuesta de la fotografía anterior donde se
muestra la salida  del canal vertedero y la
instalación sobre ella de algunas planchas con
configuración diente de sierra para que el agua residual
tratada ingrese al canal en forma uniforme a lo largo del
mismo.  Al fondo (bajo el canal recolector) se muestra 
las pantallas deflectoras.
Las pantallas que se utilizaron fueron de asbesto cemento,
desgraciadamente este tipo de elementos si bien son baratos y
fáciles de montar no son adecuados para este tipo estructuras
por que no es fácil impermeabilizar las juntas
produciéndose fuga de gas y de malos olores.

Lo recomendable de acuerdo a esta experiencia es
utilizar elementos continuos donde no exista traslapes ni
fisuras.

GRAFICA 8

Toma de muestras de agua residual

La estructura que
se muestra  (La toma de aguas residuales), estaba 
compuesto de dos partes,  un  medidor de caudal (en
primer plano) y rejas de desbaste en segundo plano. El flujo de
aguas es viendo la figura de atrás hacia delante.
Se optó la  medición por orificio en vez
del  vertedero triangular por la simple  razón
de que en un vertedero triangular  el gasto varía en
función a la potencia
5/2  de la altura (En el vertedero esta relación es
de 3/2) y en un orificio circular el gasto varía en
función a la potencia ½ de la altura, lo cual lo
hace mas preciso y la de altura no afecta Grandemente a la lectura del
gasto.

1.4.3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE
OPERACIÓN

El reactor operó satisfactoriamente, tanto en
verano como en invierno, manteniendo una temperatura estable de
operación de 21°C, sin registrarse una
disminución significativa de temperatura con respecto a la
entrada. Durante el período considerado, el reactor
mostró una eficiencia promedio de remoción de DQO
de 52.9%, a un TRH medio de 5.06 h. La eficiencia promedio del
sedimentador fue de 30.7%, con un TRH de aproximadamente 2 h. El
sistema completo (Sedimentador + reactor UASB) alcanzó una
eficiencia promedio de remoción de DQO de 67.7%. La
concentración de DQO medida en el líquido crudo, y
en el influente y efluente del reactor se pueden observar en la
Figura 2. La concentración media del efluente del reactor
fue de 71.62  4.61 mgDQO/L, cumpliendo satisfactoriamente
con las normas propuestas de volcamiento para la ciudad de Salta
(125 mgDQO/L).

De acuerdo a Wang (1994), un reactor anaeróbico
de flujo ascendente es más eficiente que un sedimentador
primario convencional en la remoción y degradación
de sólidos, por lo que un sistema de dos etapas UASB
– UASB sería, en principio, más eficiente que
un sistema Sedimentador Primario – UASB como el
estudiado.

GRAFICO 9

Valores diarios de DQO (mg/L) en el líquido
cloacal crudo y presedimentado (influente del reactor UASB) y en
el efluente del reactor. El efluente cumple satisfactoriamente
con las normas propuestas de volcamiento para la ciudad de Salta
(125 mgDQO/L).

Algunas características del
líquido cloacal crudo, del influente (líquido
cloacal presedimentado) y efluente del reactor UASB se muestran
en la Tabla 4.

TABLA 4.

Características del
líquido cloacal crudo, influente (líquido
presedimentado), y efluente del reactor UASB durante los
últimos doce meses de operación. Intervalos de
confianza construidos con un nivel de significación D =
0.05.

Para evaluar el efecto del TRH
sobre la eficiencia de remoción de materia
orgánica, se probaron 5 distintos TRH: 3, 4.4, 6, 7 y 9 h.
En la Figura 3 se puede ver la remoción de DQO, promedio
alcanzado (%) en función de los distintos TRH
aplicados.

El tiempo mínimo de aplicación de cada TRH
fue de 30 días, a los efectos de asegurar condiciones de
estado estacionario.

La máxima remoción alcanzada fue de 62.65%
para un HRT de 6 h. Como se desprende de la Figura 3, TRH mayores
o menores inciden negativamente sobre la eficiencia de
remoción de materia orgánica.

GRAFICO 10

Eficiencia de remoción de materia
orgánica (% DQO) en función del tiempo de
retención hidráulica (TRH).

Se observó la
formación de gránulos en el reactor. El lodo
granular creció a una tasa de 8.5 cm por mes, desde el
inicio de las mediciones de actividad, en el mes de diciembre de
1999. Estudios preliminares de la distribución del
tamaño de partículas indicaron que más del
30% de los gránulos tenía un diámetro mayor
de 1 mm. Se detectaron gránulos de más de 5 cm, con
tendencia a flotar, formados aparentemente por la
agregación de los más pequeños (Seghezzo et
al., 2000). La Actividad Metanogénica Específica
promedio del manto de lodos fue de 0.11 a 0.03
gDQO-CH4/gSSV.d (d =0.0

1.5. COAGULACIÓN
O FLOCULACION

Estas operaciones se realizan después del
mezclado, usualmente en un solo tanque, con un tiempo de
retención que varía entre 15 y 45 minutos. Este
lapso depende de las dimensiones de la unidad y de la velocidad a
que pasa el agua a través de ella. Teóricamente se
puede calcular el tiempo de retención dividiendo el
volumen del tanque entre el gasto en gr., el tiempo de
retención que corresponde a un tanque de 6m x 3.5m x 10m,
a través del cual pasa un gasto de 12000m3/día, es
de: 6 X 3.5 X 10/12000 = 0.00175 días = 0.42 horas = 25
minutos.

Durante este lapso, el agua es agitada suavemente para
favorecer el que se ponga en contacto intimo las
partículas coaguladas, las bacterias y la materia
suspendida "hasta que se adhieran entre sí, formando
grandes masas de flóculos". El mecanismo físico
químico al que se debe esto, es muy complejo y cae fuera
del alcance de este tratado elemental.

Bástenos decir que solamente por agitación
suave podrán crecer lo suficiente estas partículas
coaguladas, para que se puedan depositar fácilmente en el
tanque de sedimentación.

Generalmente, las aguas blandas de bajo contenido
mineral se coagulan mejor dentro de un ámbito restringido
de pH, entre 5.8 y 6.4, mientras que las aguas mas duras, se
coagulan muy fácilmente a pH que varia desde 6.8 hasta
7.8. Por regla general, la reacción entre el alumbre y los
materiales alcalinos que usualmente se encuentran en el agua de
un abastecimiento es muy eficaz para eliminar la turbiedad, y al
mismo tiempo se absorbe una cantidad moderada de color debido a
los coloides.

Cuando el agua contiene grandes concentraciones de color
( mayores de treinta ppm) , es necesario que la reacción de
coagulación se lleve a cabo en pH entre 5.0 y 6.0. Dentro
de este ámbito ocurre una acción compleja, que
produce el llamado "flóculo coloreado", en vez del
flóculo de aluminio ya conocido.

Generalmente hay suficiente alcalinidad en el agua que
se va ha tratar para completar el proceso de coagulación.
A veces es necesario agregar alcalinidad, ya se con cal o con
sosa calcinada, cuando de por si no hay suficiente
alcalinidad.

Cuando se requiera coagular en medio ácido para
eliminar el color, debe agregarse a veces algún
ácido para obtener el valor adecuado del pH. Tales aguas
son sumamente corrosivas y deben tratarse subsecuentemente con un
álcali, para impedir que haya corrosión en el sistema de
distribución.

La agitación suave, que es indispensable para la
floculación, puede lograrse hidráulica o
mecánicamente. El método
hidráulico más común consiste en el bien
conocido estanque con tabiques desviadores, en el que el agua
fluye "redondo los bordes" o "por arriba y por debajo" del
tabique desviador que ha sido dispuesto de manera que se produzca
el grado deseado de turbulencia. Desgraciadamente, estos tabiques
desviadores son fijos, o cuando menos no son fáciles de
ajustar, por lo que el grado de agitación depende del
gasto del agua que pase por el estanque. Como quiera que el grado
optimo de agitación, cualquiera que sea depende de la
temperatura y características del agua, del tipo de
coagulante usado y de otras condiciones es indeseable esta falta
de adaptabilidad. Basándose en estudios de laboratorio se
puede especificar el grado optimo de turbulencia, pero la
practica a demostrado que usualmente se logran resultados
satisfactorios con velocidades de flujo, entre los tabiques
desviadores que varían de 10 a 30 cm por segundo.
Desgraciadamente, es difícil expresar numéricamente
la bondad de los resultados de un proceso de coagulación
– floculación, después que se haya fijado o
puestos los tabiques desviadores no hay manera de saber si alguna
otra forma de disponerlos hubiera dado mejores resultados. Por lo
tanto, siendo los datos de
operación muy variables, hay
muchas divergencias de opinión acerca de las velocidades
mas adecuadas.

La velocidad media de flujo o gasto, en un estanque con
tabiques desviadores, se puede calcular mediante la conocida
formula hidráulica:
V= Q/A, en la que V es la distancia
que recorre el agua por unidad de tiempo ( expresada en metros por segundo) , Q es la velocidad de flujo, gasto o volumen
de flujo, por unidad de tiempo (
expresada en lts/s o m3/s) ,y A es el
área de la sección de flujo perpendicular a la
dirección (
expresada en m2) , supóngase
que el agua se mueve horizontalmente en entre tabiques
desviadores que están a una distancia de 0.45m entre si
que el gasto Q se de 0.11 m3/ s, y que
la profundidad de esta corriente de agua se de 1.80m entonces la
velocidad horizontal V será igual a

Q/
A= 0.11m3/
0.45 * 1.80 seg. = 0.136m/ seg.

Actualmente, la tendencia es oponerse al uso de tabiques
desviadores en los tanques de floculación. En su lugar se
instala equipo accionado mecánicamente para proveer la
agitación necesaria. El tipo más común de
equipo para este propósito en una paletas o agitadores
accionados por un motor,
diseñado de manera que al girar las paletas produzcan una
agitación apreciable, pero no indebida. Se puede regular
la velocidad de rotación y se puede operar el equipo de
manera que proporcione el grado óptimo de
agitación, independientemente de las
características del agua en tratamiento, de su cantidad y
del tipo de coagulante que se use. Las paletas pueden girar sobre
un eje vertical u horizontal, longitudinal o transversalmente a
dirección del flujo. A veces se coloca varias paletas en
serie, caso en el cual se hace girar la primera paleta a mayor
velocidad que las demás. La práctica moderna
aconseja que se agite repentina y violentamente el agregarse el
coagulante, disminuyéndose gradualmente la turbulencia en
cada etapa sucesiva a través del proceso de
"mezclado, coagulación, floculación y
sedimentación".

Aunque el alumbre es el coagulante que más se
utiliza, hay alguno otros coagulantes que también se
utiliza, entre los cuales son de mencionarse:

1.- El alumbre activado, que contiene
sílice.

2.- El alumbre negro que contiene carbón
activado

3.- El aluminiato de Sodio

4.- La caparrosa verde, vitriolo verde, o sulfato
ferroso

5.- El cloruro férrico

6.- El sulfato férrico

Las complejas reacciones mediante las cuales se deciden
cual de estos coagulantes debe emplearse. Debe señalarse,
sin embargo, que la reacción fundamental que se verifica
usando cualquiera de los coagulantes mencionado, depende de la
presencia de la alcalinidad en forma que sea, y que el
flóculo que se produce es de hidróxido de aluminio
o de hidróxido de hierro.

El control de los tanques de
coagulación-floculoación consiste, esencialmente,
en regular la cantidad de coagulante que se agregara, así
con el grado de agitación, si esto último es
posible, para asegurarse de que se logren los mejores
fóculos con la mínima dosificación de
coagulante. A veces es deseable emplear "ayuda de
coagulación", para producir un flóculo que se
deposite fácilmente. La ayuda de coagulación que se
emplea más comúnmente la sílice activada, la
de esta sustancia se basa, por lo general en la experiencia y/o
en los resultados de estudios sobre coagulación. Es una
buena práctica instalar luces sumergidas en el extremo de
salida de los tanques, para que se pueda observar las
características del flóculo que se forma. El agua
en la que se a hecho una coagulación correcta, debe
flóculos visibles en un agua clara, como se ven los copos
de nieve en al aire limpio, en
contraste con el aire brumoso o nublado.

La sedimentación sigue a la
coagulación y floculación, primeramente para
disminuir la carga en los filtros de arena. La filtración
es la etapa final para la remoción física de las
impurezas del agua. Es seguro que se
puede producir un efluente satisfactorio del filtro, mediante una
coagulación eficaz, sin emplear la sedimentación,
pero los filtros se taponarían muy rápidamente, y
los costos de operación serían tan altos que el
proceso no sería práctico.

Por lo general un tanque de sedimentación es una
estructura a través del cual fluye el agua a tan baja
velocidad que el material suspendido caerá
depositándose en el fondo del tanque, saliendo de
éste un agua clara. Es obvio que, para una cierta
capacidad de una planta de tratamiento, la proporción
suspendido que se elimine será mayor mientras más
grande sea el tanque de sedimentación. La
determinación de las dimensiones que debe tener un tanque
para lograr que se obtenga una buena sedimentación es un
problema muy complejo, e incluye, entre otras cosas, el hacer un
balance económico entre un balance de costo debido a
los tanques de sedimentación más grandes y la
reducción del costo de operación del filtro. Para
complicar aún más el asunto, podría
discutirse que un tanque de sedimentación que elimine
mejor el material suspendido, no es necesariamente el más
adecuado, porque debe depositarse algo del flóculo en la
superficie del filtro para que éste opere
satisfactoriamente. Sin embargo, se tiende generalmente a obtener
una coagulación y clarificación completa, hasta
donde sea posible, ya sea que se logre el diseño o por
detalles de operación. Generalmente, se especifican
períodos de retención de 3 a 6 horas y velocidades
horizontales menores de 0.90 m. Por minuto. Probablemente los
factores de operación de un tanque de sedimentación
son:

1._ Que el agua al entrar en el tanque provoque la
mínima turbulencia.

2._ El impedir corrientes de corto circuito o directas
entre la entrada y salida.

3._ Que el efluente salga sin provocar disturbios para
que no arrastre hacia fuera

del tanque el material sedimentado.

Con mucha frecuencia puede modificarse aproximadamente
un tanque que no funcione correctamente, haciendo cambios en los
dispositivos de entrada y salida, o instalando tabiques
desviadores, para mejor cualquiera de las funciones antes
mencionadas.

Si no es muy grande la cantidad de material suspendido,
los tanques de sedimentación puede limpiarse
vaciándolos primero y removiendo después el
material del fondo y los lodos por medio de rastrillos y
mangueras a presión.
Muchos tanques modernos son limpiados a través de
raspadores mecánicos que llevan hacia un extremo el
material depositado, o al centro de los tanques circulares, el
cual es eliminado después con solo abrir una
válvula de drenaje. El método mecánico tiene
la ventaja de que el tanque no necesita dejar de operar, no se
desperdicia agua porque no se necesita vaciar el tanque y
además es posible la eliminación más
frecuente del material depositado, logrando así el
mínimo de acción bacteriana sobre el material
sedimentado, lo cual podría causar problemas de olor y
sabor.

• calvache wilma
• chavez marivel
• duran christian
• guaña edison
• imba antonio
• nazate wilmer
• UNIVERSIDAD Central del Ecuador
• FACULTAD DE INGENIERIA CIENCIAS
  FISICAS Y MATEMATICAS
• ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA
• BIOTECNOLOGIA

Juan Sebastián Ramírez